Le micro-contrôleur Arduino Ébauche 2014
L Arduino est un outil qui permet aux élèves de faire de la création artistique interactive et de la programmation. Il donne aux élèves la possibilité d explorer plus à fond le monde des ordinateurs en leur faisant découvrir la circuiterie et l électronique. Les élèves auront la chance d expérimenter la création de circuits et la programmation de base. Résultats d apprentissage ARD 1 : Les élèves découvriront les composants du système Arduino. ARD 2 : Les élèves pourront décrire brièvement la fonction de chaque composant du système Arduino. ARD 3 : Les élèves seront capables d interpréter un schéma de base. ARD 4 : Les élèves utiliseront le langage de programmation C. ARD 5 : Les élèves pourront déconstruire les différentes parties du langage de programmation C pour et reconnaître les différents résultats. ARD 6 : Les élèves pourront construire des circuits élémentaires à l aide des outils fournis. ARD 7 : Les élèves pourront vérifier l efficacité des circuits qu ils auront réalisés.
Circuit intégré : permet de regrouper et de faire fonctionner plusieurs composants (LED, etc.) Bouton-poussoir : ferme le circuit électrique lorsqu il est enfoncé. Potentiomètre : capteur dont on peut faire varier la résistance entre une extrémité et la patte centrale. Cellule photoélectrique (LDR) : capteur dont la résistance varie inversement à l intensité lumineuse.
Schémas Les schémas ci-dessous illustrent les principaux composants d un circuit électrique (représentés par des symboles) ainsi que les connexions importantes qui doivent être réalisées. Carte Arduino Diode Servomoteur
Comment Lire les resistances Figure 1 http://www.apprendre-en-ligne.net/crypto/passecret/ohm.html
Programmer avec Arduino La page suivante présente un exemple de programmation : faire clignoter une LED. Les élèves vont découvrir d abord la structure générale d un programme Arduino et ensuite la composition détaillée de ce même programme. Les élèves doivent savoir qu ils n ont pas besoin de connaître le langage de programmation. Cependant, s ils veulent modifier des lignes de code, cette partie leur permettra d acquérir des connaissances de base pour le faire. Il y a beaucoup de codes structurés par des symboles de ponctuation dans les lignes de code. Voici quelques symboles importants : /*, */, //. Tu peux utiliser ces symboles au début du texte de programmation pour ajouter des commentaires afin d expliquer ce que le programme doit faire. Ces commentaires sont pour ton information ou pour indiquer des changements. Ils ne seront pas exécutés dans le programme. Tu dois utiliser les symboles /* et */ pour les commentaires sur plusieurs lignes et le symbole // pour les commentaires sur une ligne ou moins.
Le programme utilisateur d Arduino est divisé en trois parties : la définition des constantes et des variables; la configuration des entrées et sorties (fonction setup()); et la programmation des interactions et comportements (loop ()). Tu verras aussi des accolades { }. L accolade ouvrante, {, est celle que tu dois utiliser lorsque tu commences une ligne de code. L accolade fermante, }, est ajoutée pour indiquer à l ordinateur que le code est terminé. Voici les deux fonctions de base nécessaires : 1. void setup ( ) - cette fonction doit être ajoutée lorsqu on commence un nouveau programme. 2. void loop ( ) - cette fonction peut être exécutée lorsque la configuration est terminée. Celle-ci exécute la partie principale du programme donc le comportement du programme. Toute ligne de code doit se terminer par un point-virgule «;». Si le point-virgule n est pas ajouté, le programme ne va pas exécuter ses fonctions. Les éléments de syntaxe Arduino peuvent être trouvés en ligne à l adresse suivante : http://www.arduino.cc/en/reference/homepage
Lexique Arduino Lexique Arduino Carte Arduino - composant électronique programmable BreadBoard - terme anglais désignant une plaque d expérimentation USB - câble USB permettant de connecter un périphérique au port USB d un ordinateur LED - diode électroluminescente (émet de la lumière) La diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens. La résistance s oppose au passage du courant dans un circuit électronique.
LED Élément piézoélectrique Bouton-poussoir (interrupteur) Potentiomètre Résistance Photorésistance Transistor
Logiciel Arduino Le logiciel Arduino est le résultat d un projet dont les sources sont ouvertes. Il a été créé entre autres par la communauté d utilisateurs. Ce logiciel est gratuit et peut être modifié au besoin en créditant le site Web d origine. Tu peux télécharger le logiciel à partir du site suivant : http://arduino.cc/en/main/software
Le présent module fait souvent référence à la version anglaise du logiciel, car celui-ci est plutôt utilisé en anglais (les fonctions apparaissent donc souvent en anglais). La fenêtre suivante comporte les éléments de base suivants : 1. Un menu principal 2. Un onglet Sketch (croquis) 3. Une fenêtre pour la programmation 4. Une fenêtre contenant les informations importantes et les erreurs du programme Dans le logiciel, tu trouveras une série d exemples de programmes déjà conçus. Durant les activités qui suivent, tu auras la possibilité d utiliser certains de ces exemples et de télécharger des exemples en ligne. Source : http://fr.flossmanuals.net/arduino/ch008_les-bases-de-lelectronique
Source : http://fr.flossmanuals.net/arduino/ch008_les-bases-de-lelectronique Code de champ modifié
Commençons par une carte de base La trousse Arduino comprend une plaque d expérimentation (appelée BreadBoard en anglais). La plaque d expérimentation est trouée et divisée en rangées et en colonnes. À l intérieur de cette plaque, on trouve des fils de métal qui permettent de raccorder de nombreux composants sans faire de soudure. Tu trouveras aussi 12 fiches d accompagnement qui te faciliteront la tâche durant les activités avec Arduino. Ces fiches peuvent être trouvées sur le site suivant : http://ardx.org/bbls01 Code de champ modifié
Activité 1 Faire clignoter une LED Composants Plaque d expérimentati on Embase 2 broches X 4 LED 10 mm Fil Commentaire [J1]: http://www.mon-clubelec.fr/pmwiki_reference_arduino/pmwiki. php?n=main.exempleledblink Résistance Vert-bleu-brun Schéma Utilise la fiche d accompagnement CIRC-01 pour t aider à réaliser ton circuit sur la plaque d expérimentation. Ouvre le logiciel Arduino. Assure-toi que le câble USB de la carte Arduino est bien connectée au port USB de l ordinateur. 1. Fichier - Exemples 01.-Basics-Blink 2. Fichier - Téléverser Remarques : Il est important de sélectionner le bon port série. Dans le programme Arduino, sélectionne Tools, Serial port et le port approprié. Lorsque tu connectes la carte Arduino, assure-toi que l ordinateur identifie le bon port série virtuel, sinon tu ne pourras pas téléverser le programme. Pour déterminer le port série qui correspond à la carte Arduino, sélectionne Panneau de configuration / Système / Matériel / Gestionnaire de périphériques / Ports, puis clique sur le menu; le port Arduino Uno devrait apparaître en regard d un numéro. Dans le logiciel Arduino, sous l option Outils / Ports série, sélectionne le port qui correspond au numéro.
Lorsque tu auras terminé cette étape, tu devrais voir une LED clignoter par intervalles d une seconde. Trouve cette ligne de code dans ton texte de programmation. Lorsque tu as terminé cette étape, montre ton travail à ton enseignant.
Expérimentation Relier la LED à une autre broche : La LED est reliée à la broche 13, mais elle pourrait être reliée à une autre broche. Pour déplacer la LED, déconnecte son fil de la broche 13 et reconnecte-le à une autre broche (de 0 à 12). Tu dois alors modifier la ligne de code suivante : Fichier - Téléverser Int ledpin = 13; -> int ledpin = newpin; Modifier la fréquence de clignotement : Tu veux modifier la fréquence (en secondes) à laquelle la LED clignote? Tu dois donc modifier les lignes de code suivantes : Fichier - Téléverser Modifier la luminosité : Arduino peut modifier la luminosité de la LED, selon la broche sur laquelle elle est branchée. Voici des consignes de base pour modifier la luminosité de la LED. Fichier - Téléverser
Donne trois exemples dans ta vie quotidienne où on utilise le concept de la lumière clignotante. Écris ces exemples dans ton journal.
Expérimentation Activité 2 LED - Des lumières partout Composants Plaque d expérimentation Résistance Vert-bleu-brun Embase 2 2 Broches broches X 4 X 4 LED verte 5 m 5mm X 8 Fil Schéma Utilise la fiche d accompagnement CIRC-02 pour t aider à réaliser ton circuit sur la plaque d expérimentation. Ouvre le logiciel Arduino. Assure-toi que le câble USB de la carte Arduino est bien connectée au port USB de l ordinateur. 1. Rends-toi sur le site suivant : http://ardx.org/circ02 2. Copie les lignes de code (fonction copier-coller). 3. Fichier - Téléverser Lorsque tu auras terminé cette étape, tu devrais voir une série de LED clignoter. Trouve cette ligne de code dans ton texte de programmation. Lorsque tu as terminé cette étape, montre ton travail à ton enseignant.
Modifier la boucle (Loops) : Dans la fonction < loop() >, tu trouves quatre lignes. Les trois dernières lignes commencent par < // >; il s agit simplement de commentaires (et non de commandes). Pour modifier cette commande, tu dois remplacer les lignes de code de la fonction < loop() > par les suivantes : Fichier - Téléverser Plus d animations : Est-ce que ces animations te fatiguent? Essaie alors deux autres exemples d animations différents. Supprime les lignes de commentaires et téléverse le programme pour voir une nouvelle animation lumineuse (supprime les < / > devant les lignes de code 3 et 4). Fichier - Téléverser Créer tes propres animations : Tu vas maintenant modifier les lignes de code pour créer tes propres animations. Ce qui est important de retenir, c est que la LED doit s allumer, puis s éteindre. Pour allumer la LED : Pour éteindre la LED : digitalwrite(pinnumber, HIGH); digitalwrite(pinnumber, LOW); Joue avec le code! Il y a plusieurs possibilités! Fichier - Téléverser Écris tes observations dans ton journal.
Expérimentation Composants Schéma Plaque d expérimentation Moteur Embase 2 2 broches Broches X 4 X 4 Diode Transistor 1 Résistance Brun-noir-orange Résistance X Brun-noir-orange 1 Fil Utilise la fiche d accompagnement CIRC-03 pour t aider à réaliser ton circuit sur la plaque d expérimentation. Ouvre le logiciel Arduino. Assure-toi que le câble USB de la carte Arduino est bien connectée au port USB de l ordinateur. 1. Rends-toi sur le site suivant : http://ardx.org/circ03 2. Copie les lignes de code (fonction copier-coller). 3. Fichier - Téléverser Code de champ modifié Lorsque tu auras terminé cette étape, tu devrais voir le moteur tourner. Trouve cette ligne de code dans ton texte de programmation. Lorsque tu as terminé cette étape, montre ton travail à ton enseignant.
Faire varier la vitesse du moteur : Activité 3 Moteur et transistor Pendant l activité 3, tu as joué à faire varier la luminosité de la LED; maintenant, tu vas utiliser tes connaissances pour faire varier la vitesse d un moteur.arduino permet de synthétiser un signal analogique grâce à la modulation de largeur d impulsions Pulse Width Modulation-PWM). Le signal analogique permet d envoyer un signal binaire, qui se traduit à envoyer une tension de 5 volts de ou aucune tension. La pulsation est contrôler à l aide une horloge interne qui permet d envoyer du courant selon un temps très précis ou de le couper. On contrôle la longueur du signal en envoyant une tension de 5 volts pendant plusieurs cycles. Ce signal permet de changer la force d une lumière LED ou la vitesse d un moteur. En faisant varier le signal plus souvent, le moteur roulera au ralentit puisqu il n aura jamais la possibilité d atteindre sa vitesse maximale. Au contraire, si la longueur de la modulation est plus longue par rapport au temps de repos, le moteur gardera sa vitesse. Fais un essai : Remplace les lignes de code de la section < loop() > par les suivantes : Maintenant, téléverse le programme. Tu peux modifier la vitesse en remplaçant les variables «onspeed» et «offspeed». Fichier - Téléverser Accélérer et décélérer : Tu veux modifier la vitesse du moteur? Pour ce faire, tu dois modifier la ligne de code < loop() > : Le résultat est un moteur qui accélère lentement jusqu à sa pleine vitesse puis ralentit. Pour modifier la vitesse de l accélération, tu peux modifier la variable < delaytime >, qui définit le temps (plus sa valeur est grande, plus le temps d accélération est long, et inversement). Fichier - Téléverser Écris tes observations dans ton journal.
Expérimentation Composants Plaque d expérimentation Embase 2 broches X 4 Embase 3 X 4 Fil Servomoteur Schéma Utilise la fiche d accompagnement CIRC-04 pour t aider à réaliser ton circuit sur la plaque d expérimentation. Ouvre le logiciel Arduino. Assure-toi que le câble USB de la carte Arduino est bien connectée au port USB de l ordinateur. 1. Fichier - Exemples Servomoteur - Sweeper 2. Fichier - Téléverser Lorsque tu auras terminé cette étape, tu devrais voir le moteur tourner et ensuite changer dans l autre sens. Trouve cette ligne de code dans ton texte de programmation. Lorsque tu as terminé cette étape, montre ton travail à ton enseignant.
Auto-minutage : Activité 4 Servomoteur Tu as eu la chance de jouer avec les codes fournis dans la bibliothèque du logiciel Arduino. Tu vas maintenant jouer le rôle d un programmateur et essayer de modifier le code afin de commander le servomoteur. Fichier - Téléverser Écris tes observations dans ton journal.
Expérimentation Composants Plaque d expérimentation Embase 2 broches X 4 Registre à décalage Fil LED rouge X 8 Résistance Vert-bleu-brun X 8 Schéma Utilise la fiche d accompagnement CIRC-05 pour t aider à réaliser ton circuit sur la plaque d expérimentation. Ouvre le logiciel Arduino. Assure-toi que le câble USB de la carte Arduino est bien connectée au port USB de l ordinateur. 1. Rends-toi sur le site suivant : http://ardx.org/circ05 2. Copie les lignes de code (fonction copier-coller). 3. Fichier - Téléverser Lorsque tu auras terminé cette étape, tu seras capable d ajouter plusieurs LED ou d autres outils sans avoir besoin d utiliser plus de broches. Trouve cette ligne de code dans ton texte de programmation. Lorsque tu as terminé cette étape, montre ton travail à ton enseignant.
Activité 5 Ajout de huit LED (à l aide d un registre à décalage) Commander des LED individuellement : Maintenant, tu as la chance de commander des LED, un peu comme tu l as fait durant l activité 2. Les huit LED sont placées dans un octet (byte). Voici les changements à effectuer : Remplace les lignes de code < loop() > par les suivantes : Le résultat devrait être un changement dans la séquence d animation des LED : les LED devraient s allumer et s éteindre successivement, les unes après les autres. Fichier - Téléverser Écris tes observations dans ton journal.
Activité 6 Jouons de la musique! Composants Plaque d expérimentation Embase 2 broches Élément piézo Électrique Fil Schéma Utilise la fiche d accompagnement CIRC-06 pour t aider à réaliser ton circuit sur la plaque d expérimentation. Ouvre le logiciel Arduino. Assure-toi que le câble USB de la carte Arduino est bien connectée au port USB de l ordinateur. 1. Rends-toi sur le site suivant : http://ardx.org/circ06 2. Copie les lignes de code (fonction copier-coller). 3. Fichier - Téléverser Code de champ modifié Lorsque tu auras terminé cette étape, tu devrais entendre de la musique. Reconnais-tu la mélodie? Trouve cette ligne de code dans ton texte de programmation. Lorsque tu as terminé cette étape, montre ton travail à ton enseignant.
Changer le rythme de la mélodie : Chaque note est définie par quelques variables. Tu peux donc changer le son ou la longueur de chaque note. Pour changer le rythme de la mélodie, tu dois modifier le code d une ligne seulement : Int tempo = 300; ---> int temp = (new #) Plus la valeur est grande, plus le rythme sera lent, et inversement. Fichier - Téléverser Accorder les notes : Les notes ont été calculées à partir d une formule qui se trouve dans une section au début du programme. Pour accorder chaque note, tu dois modifier les valeurs dans la fonction [] jusqu à ce qu elles sonnent bien. Chaque note est nommé dans la section noms [] (exemple : la note c est d une valeur de 1915. En modifiant cette valeur, la note sera changé de soit un ton plus haut ou plus bas). Commentaire [J2]:????????? Fichier - Téléverser Composer des mélodies : Tu peux changer les notes pour créer ta propre musique.le code est déjà programmé pour faire entendre «Twinkle Twinkle». Pour changer la mélodie, tu dois changer quelques valeurs. Joue avec les exemples suivants : Fichier - Téléverser Écris tes observations dans ton journal.
Activité 7 Boutons-poussoirs pour allumer des LED! Composants Plaque d expérimentation Résistance Brun-noir-orange X 2 Embase 2 broches X 4 Résistance Vert-bleu-brun Boutonpoussoir X 2 LED rouge 10 mm Fil Schéma Utilise la fiche d accompagnement CIRC-07 pour t aider à réaliser ton circuit sur la plaque d expérimentation. Ouvre le logiciel Arduino. Assure-toi que le câble USB de la carte Arduino est bien connectée au port USB de l ordinateur. 1. Fichier - Exemples - Digital Button 2. Fichier - Téléverser (Ctrl U) Lorsque tu auras terminé cette étape, tu pourras appuyer sur le bouton pour allumer une LED. Trouve cette ligne de code dans ton texte de programmation. Montre ton travail à ton enseignant.
Pour allumer et éteindre la LED, tu dois modifier le code : Fichier - Téléverser Changer l intensité de la lumière : On peut utiliser les boutons-poussoirs pour commander le signal analogue. Pour ce faire, tu dois débrancher le fil de la broche 13 et le brancher sur la broche 9. N oublie pas de modifier le code : Tu dois aussi modifier l élément < loop() > du code : Fichier - Téléverser Changer la vitesse d affaiblissement de la lumière Si tu veux changer la vitesse d affaiblissement de la lumière, tu dois modifier la ligne de code :
Activité 8 Potentiomètre Commentaire [J3]: corriger la mise en page Composants Plaque d expérimentation Plaque d expérimentation LED vert 10 mm LED Embase 2 Broches X 4 Résistance Vert-bleu-brun Potentiomètre 10 kohm Fil Schéma Utilise la fiche d accompagnement CIRC-08 pour t aider à réaliser ton circuit sur la plaque d expérimentation. Ouvre le logiciel Arduino. Assure-toi que le câble USB de la carte Arduino est bien connectée au port USB de l ordinateur. 1. Fichier - Exemples - 03.Analog AnalogInput 2. Fichier - Téléverser (Ctrl U) Lorsque tu auras terminé cette étape, tu pourras allumer et éteindre une LED à l aide du potentiomètre. Trouve cette ligne de code dans ton texte de programmation. Lorsque tu as terminé cette étape, montre ton travail à ton enseignant.
Faire varier l intensité de la LED Tu peux faire varier l intensité de la LED à l aide du potentiomètre. Pour ce faire, tu dois remplacer la broche 13 par la broche 9, puis modifier le code : Tu dois aussi modifier l élément < loop() > : Téléverse le code; l intensité de la LED devrait varier en fonction de la position (rotation) du potentiomètre. Écris tes observations dans ton journal.
Activité 9 La cellule photoélectrique Commentaire [J4]: corriger la mise en page Composants Composants Plaque d expérimentation X 1 Résistance Brun-noir-orange Brun-noir-orange X 1 Embase 2 Broches X 4 Résistance Vert-bleu-brun Cellule photoélectrique LED verte 10 mm 1 Fil Schéma Utilise la fiche d accompagnement CIRC-09 pour t aider à réaliser ton circuit sur la plaque d expérimentation. Ouvre le logiciel Arduino. Assure-toi que le câble USB de la carte Arduino est bien connectée au port USB de l ordinateur. 1. Rends-toi sur le site suivant : http://ardx.org/circ09 2. Copie les lignes de code (fonction copier-coller). 3. Fichier - Téléverser (Ctrl U) Lorsque tu auras terminé cette étape, la LED va agir selon la lumière qui arrive sur une cellule photoélectrique diminue. Trouve cette ligne de code dans ton texte de programmation. Lorsque tu as terminé cette étape, montre ton travail à ton enseignant.
Activité 10 Lire les données de température On peut facilement inverser le résultat. Tu dois modifier le code suivant : Téléverse le code. Plutôt que de contrôler la luminosité de la LED en réponse à la lumière, tu peux allumer et éteindre la lumière en fonction de la valeur de seuil. Tu dois modifier le code < loop() > : Téléverse le code. Écris tes observations dans ton journal.
Évaluation Composants Plaque d expérimentation Embase 2 broches X 4 Capteur de température Fil Schéma Utilise la fiche d accompagnement CIRC-10 pour t aider à réaliser ton circuit sur la plaque d expérimentation. Ouvre le logiciel Arduino. Assure-toi que le câble USB de la carte Arduino est bien connectée au port USB de l ordinateur. 1. Rends-toi sur le site suivant : http://ardx.org/circ10 2. Copie les lignes de code (fonction copier-coller). 3. Fichier - Téléverser (Ctrl U) Code de champ modifié Lorsque tu auras terminé cette étape, le capteur de température devrait être en mesure d afficher la température de la salle. Trouve cette ligne de code dans ton texte de programmation.
Pour voir les données du capteur de température, tu dois ouvrir le moniteur de série de l IDE du logiciel Arduino. Dans la fenêtre, tu verras une loupe dans le coin droit supérieur. Clique sur la loupe et une nouvelle fenêtre s ouvrira. Cette fenêtre va t indiquer la température en degrée sous forme de données. Lorsque tu as terminé cette étape, montre ton travail à ton enseignant. Évaluation Convertir les degrés Celsius en degrés Fahrenheit Pour modifier ce paramètre, tu dois utiliser tes connaissances en mathématiques. Pour convertir les degrés Celsius en degrés Fahrenheit, applique la formule suivante : Ajoute la ligne de code : Avant : Écris tes observations dans ton journal.
Activité d enrichissement 2 Lumières de police Composants Plaque d expérimentation Diode Transistor Relais Commentaire [J5]: Larger Loads en anglais http://www.oomlout.com/oom.php/produ cts/ardx/circ-11 Résistance Brun-noir-orange Résistance Vert-bleu-brun X 2 LED verte LED rouge Schéma Utilise la fiche d accompagnement CIRC-11 pour t aider à réaliser ton circuit sur la plaque d expérimentation. Ouvre le logiciel Arduino. Assure-toi que le câble USB de la carte Arduino est bien connectée au port USB de l ordinateur. 1. Fichier - Exemples - 01. Basic - Blink 2. Fichier - Téléverser (Ctrl U) Lorsque tu auras terminé cette étape, tu devrais être en mesure d utiliser un interrupteur pour faire clignoter la LED. Trouve cette ligne de code dans ton texte de programmation. Lorsque tu as terminé cette étape, montre ton travail à ton enseignant.
Activité d enrichissement 1 Plus grandes charges et relais Composants : 2 LED rouges 2 LED vertes (nous n avons pas de LED bleue dans nos trousses) 4 résistances de 330 ohms 1 potentiomètre fils
Dépannage Tu dois créer un produit original. 1. Trouve cinq applications de la micro-informatique dans la vie quotidienne. 2. Avec un partenaire, tu dois concevoir un produit original en lien avec la micro-informatique. (Ne limitez pas vos créations des composantes spécifiques du kit Arduino) Commentaire [J6]:?????????? Étapes de la création de ton produit : Idée principale Schéma Codage possible Composants nécessaires Présentation à l enseignant et à la classe
Activité d enrichissement 3 À toi de créer...